1.6.1 Az általános légkörzés
Az általános légkörzés a Föld kiterjedt légköri áramlási rendszereinek együttese.
Összefüggő rendszer, amelyben globális, regionális és lokális skálájú légköri mozgásformák együtt jelennek meg. Fő meghatározói:
a. A Föld forgása és az ehhez tartozó globális fizikai feltételek;
b. A Föld tengelyének ferdeségéből származó speciális hőmérsékleti eloszlás;
c. A légtömegek mozgására és eloszlására vonatkozó egyéb fizikai feltételek;
d. A légköri vízforgalom egyensúlya;
e. A légkör alulról fűtöttségének ténye.
A trópusokon meredek szögben beeső napsugárzás hőtöbbletet okoz a poláris régiók alacsonyabb szögben történő besugárzásához képest. Ezt az elemi tényt már Arisztotelész észrevette (i. e. 382–321), s innen – a napsugarak beesési hajlásszögéből (klinein) – származik a „klíma” szavunk. Az Egyenlítő körüli tartomány nagyobb melege a termodinamika elemi szabályai szerint a hidegebb területek felé, a magasabb földrajzi szélességek és a pólusok felé igyekszik. A légkörön áthaladó napsugárzás, felmelegítve a talajt, a légkört alulról fűtötté teszi (hasonlóan a tűzhelyre feltett fazék vízhez, szemben például a napsütés által felülről melegített tavakhoz és óceánokhoz).
16
A trópusokon a meleg talaj fölött gyorsan melegszik a levegő is, ez felszáll 10-12 kilométer magasságba, s ott északi és déli irányba terül szét. Elhagyja a Föld forgása során leggyorsabban mozgó régiót, de amíg a magasabb földrajzi szélességek felé közelít, megőrzi a felemelkedésekor szerzett horizontális irányú impulzusát. Ahol leszáll, a 30. szélességi körök mentén, a felszín (jóval kisebb forgási sugara miatt) alacsonyabb sebességgel mozog, így a levegő a magasban jelentős sebességkülönbséggel előresiet. Ezt észleljük az adott délkörök mentén az északi és a déli féltekén magaslégköri futóáramlásként. Ez a magasban az adott helyen mindig létező nyugatias irányú nagyon erős szél.
Leszállás után a felszín közelében ezen légtömegek egy része megindul visszafelé az Egyenlítő irányába. Így mindig egyre inkább lemarad a felszínhez képest (mely az Egyenlítőnél a Föld forgása miatt gyorsabban mozog, mint bárhol másutt), ezért ott állandó keleties széljárást észlelnek. Ez az a meghatározó széljárás, amellyel a hajósok a szubtrópusokon Európából átkelhettek az Atlanti-óceánon, innen kapta a nevét: passzátszél. A trópusokon a levegő aztán ismét felmelegszik, újból megindul a feláramlás, és így egy zárt légkörzési cella jön létre.
A 30. szélességi kör környékén leszálló levegő másik ága a felszín felett továbbhalad a pólusok felé. A felszálláskor az Egyenlítőnél nyert nagy impulzus momentumának jelentős részét azonban még hordozza. Nem juthat be közvetlenül a forgási sarkok fölé, ott ugyanis „áll” a felszín az Egyenlítőhöz képest, így a levegőnek elvileg végtelenül gyorsan kellene a felszínhez képest mozognia. Ez természetesen nem lehetséges, ezért a levegő ezt a globális forgási többletét több kisebb forgó rendszerré átalakulva veszti el. Így bomlik le a mozgási energia mérsékelt övi ciklonokká.
A magasabb szélességek alatti, mérsékelt övi ciklonalitás tehát az általános légkörzésnek nem véletlen, mellékes velejárója, hanem a fizika megmaradási törvényéből származó nélkülözhetetlen eleme. Minthogy a ciklonok a szubtrópusok felől jövő meleg és a sarkokról a talaj fölött visszaérkező hideg levegőnek a találkozási felületei, a mérsékelt öv alatt ezek hordozzák az időjárási frontokat. Ha a globális felmelegedés következtében bármilyen változás áll be a ciklonpályák tipikus elhelyezkedésében, a ciklonok vonulásának menetében, kialakulásuk feltételeiben, méretükben vagy fennállásuk tartósságában, az az adott földrajzi hely éghajlatát lényegesen befolyásolja.
17 1.6.2 Az óceáni vízkörzés
A világóceán nem egy tó, amely nyugalomban van, és nem egy folyó, amely valahonnan valahová áramlik. Azonban, ahogyan a Földgolyót körülvevő levegőburokban jelen vannak, a világóceán nagy egészében is találunk rendszeres áramlatokat. Ezeket a Nap energiája és a szél hajtja. Az általános óceáni cirkuláció legfőbb jellemzője, hogy részt vesz a globális energia- és impulzusmomentum-transzportban, azaz a trópusi övezetek hőtöbbletét szállítja át a magasabb szélességi körök övezeteibe, a mérsékelt övbe és a pólusok felé. A trópusokról származó meleg víz felszíni áramlatok formájában halad a poláris övek felé, ahol lehűlve lesüllyed, majd mélyvízi hideg áramlásként visszafolyik az Egyenlítő felé, ahol azután a felszínre emelkedik. A felszíneken a víz áramlását az általános légkörzés meghatározó felszíni szelei, tipikus keleti passzátszelek hajtják, míg az áramlás egészét a Föld forgása, az ebből származó eltérítő erők és kényszerfeltételek, a kontinensek elhelyezkedése, valamint a víz hőmérsékleti és sűrűségi viszonyai határozzák meg.
Az elmúlt ötven év kutatásai egyértelművé tették, hogy a kontinensek között elhelyezkedő három nagy óceáni medence belső áramlásai egységes áramlási rendszerbe illeszkednek, melynek neve Nagy Óceáni Szállítószalag. Az általa szállított hő jelentős módosító szerepet játszik a kontinensek éghajlatában, különösképpen Észak- és Nyugat-Európa, valamint Észak-Amerika keleti partjának hőmérsékleti és csapadékviszonyaiban. A Golf-áramlat által kiváltott pozitív hőmérsékleti anomália még hazánk éghajlatában, hőmérsékletében is meghatározó szerephez jut.
1.6.3 Hó és jég (krioszféra)
A Föld éghajlatának lényeges tényezője, hogy – helyenként évszakosan, másutt állandóan – hó és jég borítja. A fehér felület igen hatékonyan veri vissza a fényt, így jelenléte jól őrzi a hideget. Ez fontos lokális–regionális klímaalkotó tényező, globális mennyisége ugyanakkor belejátszik a planetáris albedóba s ezen keresztül a felszín sugárzási mérlegébe és az átlagos globális felszíni hőmérsékletbe is.
Az északi féltekét, benne az Atlanti-óceán poláris tartományait borító jégtömeg mennyisége egyúttal befolyásolta a meghatározó tengeráramlások intenzitását és irányát is. Az Északi-Jeges-tenger állandó jégtakarójának mérete és az Észak-atlanti-áramlás útvonala közötti összefüggés az Európa éghajlati jövőképeire irányuló kutatások (és aggodalmak) egyik sarkalatos pontja.
18 1.6.4 Visszacsatolások, késleltetések
Az óceánok, a felhőzet, a páratartalom egységes rendszerében pozitív és negatív, önerősítő és öngyengítő, azaz gerjesztő és csillapító visszahatások lépnek működésbe.
Csökkenő hó- és jégfelület esetén kisebb a visszavert napfény mennyisége, több nyelődik el a földfelszínben és az óceánokban, ami fokozza a melegedést, és a hó- és jégfelület további csökkenéséhez vezet.
A melegedés miatt a légkörbe jutó vízpára szintén üvegházhatású gáz, tehát tovább fokozódik a melegedés (Vízpára-visszacsatolás).
Azonban a légkör növekvő páratartalma nagyobb felhőképződéshez is vezet, ami növeli a Föld „napernyőszerű” védettségét, a kiinduló felmelegedés ellen hatva (Felhőzet-visszacsatolás).
A melegebb tengervíz kevesebb szén-dioxidot képes tárolni, a kezdeti melegedés miatt a légkörbe visszajuttatott CO2-többlet további melegedést okoz (Óceáni visszacsatolás).
Az óceánok vizében elnyelt és tárolt hőmennyiség pedig késleltetett hatással jelenik meg a légkörben, csillapítva, időben kitolva a kezdeti melegítő behatás következményeit (Inercia).
További óceáni késleltető effektus a légköri szén-dioxid-tartalom időleges (bár akár évszázadokra szóló) részleges elnyelése és a hideg mélyvízi áramlásban való tárolása. Ha most azonnal abbahagynánk az üvegházgáz-kibocsátást, a hatások akkor is még hosszú évtizedekre-évszázadokra elnyújtva érvényesülnének (Késleltetés).